Entalpía de vaporización

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Energía para convertir una sustancia líquida a un gas; una función de presión
Temperatura-dependencia de los calores de vaporización para agua, metanol, benceno y acetona

La entalpía de vaporización (símbolo Hvap), también conocida como el calor (latente) de vaporización o calor de evaporación, es la cantidad de energía (entalpía) que debe añadirse a una sustancia líquida para transformar una cantidad de esa sustancia en un gas La entalpía de vaporización es función de la presión a la que tiene lugar esa transformación.

La entalpía de vaporización se cita a menudo para la temperatura de ebullición normal de la sustancia. Aunque los valores tabulados generalmente se corrigen a 298 K, esa corrección suele ser menor que la incertidumbre en el valor medido.

El calor de la vaporización es dependiente de la temperatura, aunque un calor constante de la vaporización puede ser asumido para los rangos de temperatura pequeños y para temperatura reducida Tr{displaystyle T_{r}≪ ≪ 1{displaystyle {}ll} 1}. El calor de la vaporización disminuye con la temperatura creciente y desaparece completamente en cierto punto llamado la temperatura crítica (la temperatura crítica)Tr=1{displaystyle T_{r}=1}). Por encima de la temperatura crítica, las fases de líquido y vapor son indistinguibles, y la sustancia se llama fluido supercritico.

Unidades

Los valores suelen expresarse en J/mol o kJ/mol (entalpía molar de vaporización), aunque kJ/kg o J/g (calor específico de vaporización) y unidades más antiguas como kcal/mol, cal/g y Btu/lb a veces todavía se usan entre otros.

Entalpía de condensación

La entalpía de condensación (o calor de condensación) es por definición igual a la entalpía de vaporización con el signo opuesto: los cambios de entalpía de vaporización son siempre positivos (calor es absorbida por la sustancia), mientras que los cambios de entalpía de condensación son siempre negativos (la sustancia libera calor).

Fondo termodinámico

Enthalpy de moldar de zinc supra 298.15K y 1presión de atm, mostrando discontinuidades en los puntos de fusión y ebullición. La enthalpy de fundición (Δ)H°m) de zinc es 7323J/mol, y la enthalpy de la vaporización (ΔH°v) es 115330J/mol.

La entalpía de vaporización se puede escribir como

Δ Δ Hvap=Δ Δ Uvap+pΔ Δ V{displaystyle Delta H_{text{vap}= Delta U_{text{vap}+p, Delta V.

Es igual al aumento de la energía interna de la fase de vapor en comparación con la fase líquida, más el trabajo realizado contra la presión ambiental. El aumento de la energía interna puede verse como la energía requerida para superar las interacciones intermoleculares en el líquido (o sólido, en el caso de la sublimación). Por lo tanto, el helio tiene una entalpía de vaporización particularmente baja, 0,0845 kJ/mol, ya que las fuerzas de van der Waals entre los átomos de helio son particularmente débiles. Por otra parte, las moléculas del agua líquida se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno relativamente fuertes y su entalpía de vaporización, 40,65 kJ/mol, es más de cinco veces la energía necesaria para calentar la misma cantidad de agua de 0 °C a 100 °C (cp = 75,3 J/K·mol). Sin embargo, se debe tener cuidado al usar entalpías de vaporización para medir la fuerza de las fuerzas intermoleculares, ya que estas fuerzas pueden persistir hasta cierto punto en la fase gaseosa (como es el caso del fluoruro de hidrógeno), y por lo que el valor calculado de la fuerza de unión será demasiado bajo. Esto es particularmente cierto en el caso de los metales, que a menudo forman moléculas unidas covalentemente en la fase gaseosa: en estos casos, se debe utilizar la entalpía de atomización para obtener un valor real de la energía de enlace.

Una descripción alternativa es ver la entalpía de condensación como el calor que debe liberarse a los alrededores para compensar la caída de entropía cuando un gas se condensa en líquido. Como el líquido y el gas están en equilibrio en el punto de ebullición (Tb), ΔvG = 0, lo que conduce a:

Δ Δ vS=Sgas− − Slíquido=Δ Δ vHTb{displaystyle Delta _{text{v}S=S_{text{gas}-S_{text{liquid}={frac} {fnMicrosoft Sans Serif}}

Como ni la entropía ni la entalpía varían mucho con la temperatura, es normal usar los valores estándar tabulados sin ninguna corrección por la diferencia de temperatura de 298 K. Se debe hacer una corrección si la presión es diferente de 100 kPa, ya que la entropía de un gas es proporcional a su presión (o, más precisamente, a su fugacidad): las entropías de los líquidos varían poco con la presión, ya que la compresibilidad de un líquido es pequeña.

Estas dos definiciones son equivalentes: el punto de ebullición es la temperatura a la que la mayor entropía de la fase de gas supera las fuerzas intermoleculares. Como una cantidad dada de materia siempre tiene una entropía más alta en la fase de gas que en una fase condensada (Δ Δ vS{displaystyle Delta _{text{v}S} es siempre positivo), y

Δ Δ G=Δ Δ H− − TΔ Δ S{displaystyle Delta G=Delta H-TDelta S},

El cambio de energía libre de Gibbs disminuye al aumentar la temperatura: los gases se ven favorecidos a temperaturas más altas, como se observa en la práctica.

Entalpía de vaporización de soluciones electrolíticas

La estimación de la entalpía de vaporización de soluciones de electrolitos se puede realizar de forma sencilla utilizando ecuaciones basadas en los modelos termodinámicos químicos, como el modelo Pitzer o el modelo TCPC.

Valores seleccionados

Elementos

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Grupo →
↓ Período
1 H0.44936 He0.0845
2 Li145.92 Be292.40 B489.7 C355.8 N2.7928 O3.4099 F3.2698 Ne1.7326
3 Na96.96 Mg127.4 Al293.4 Si300 P12.129 S1.7175 Cl10.2 Ar6.447
4 K79.87 Ca153.6 Sc314.2 Ti421 V452 Cr344.3 Mn226 Fe349.6 Co376.5 Ni370,4 Cu300.3 Zn115.3 Ga258.7 Ge330.9 As34.76 Se26.3 Br15.438 Kr9.029
5 Rb72.216 Sr144 Y363 Zr581.6 Nb696.6 Mo598 Tc660 Ru595 Rh493 Pd357 Ag250.58 Cd100 In231.5 Sn295.8 Sb77.14 Te52.55 I20.752 Xe12.636
6 Cs67.74 Ba142 1 asteriskLun/aHf575 Ta743 W824 Re715 Os627.6 Ir604 Pt510 Au334.4 Hg59.229 Tl164.1 Pb177.7 Bi104.8 Po60.1 At27.2 Rn16.4
7 Fr.n/aRa37 1 asteriskLrn/aRfn/aDbn/aSgn/aBhn/aHsn/aMtn/aDsn/aRgn/aCnn/aNhn/aFln/aMcn/aLvn/aTsn/aOgn/a

1 asteriskLa414 Ce414 Prn/aNdn/aPmn/aSmn/aEun/aGdn/aTbn/aDyn/aHon/aErn/aT mn/aYbn/a
1 asteriskAcn/aTh514.4 Pan/aUn/aNpn/aPun/aAmn/aCmn/aBkn/aCfn/aEsn/aF mn/aMdn/aNon/a
Enthalpy en kJ/mol, medido en sus respectivos puntos de ebullición normales
0–10 kJ/mol 10–100 kJ/mol 100–300 kJ/mol √300 kJ/mol

La vaporización de metales es un paso clave en la síntesis de vapor de metal, que aprovecha la mayor reactividad de los átomos de metal o las partículas pequeñas en relación con los elementos a granel.

Otras sustancias comunes

Entalpías de vaporización de sustancias comunes, medidas en sus respectivos puntos de ebullición estándar:

Compuesto Punto de botín, a presión normal Calor de vaporización
(K) (°C) (°F) (J/mol) (J/g)
Acetone 32956133 31300 538,9
Aluminio 279225194566 294000 10500
Amoníaco 240−33.34−28 23350 1371
Butane 272–274−130-34 21000 320
Diethyl ether 307.834.694.3 26170 353.1
Ethanol 35278.37173 38600 841
Hidrógeno (parahidrógeno) 20.271−252.879−423.182 899.2 446.1
Iron 313428625182 340000 6090
alcohol Isopropyl 35682.6181 44000 732.2
Metano 112−161−259 8170 480.6
Metanol 33864.7148 35200 1104
Propane 231−42−44 15700 356
Phosphine 185−87.7−126 14600 429.4
Agua 373.15100212 40660 2257

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